KR900005741B1 - 투영렌즈 및 그것을 사용한 노광장치 - Google Patents
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Abstract
내용 없음.
Description
제1도는 본 발명에 사용된 이상 분산현상을 설명하는 도표.
제2도는 합성석영 및 불순물이 혼입된 석영렌즈의 파장과 굴절율과의 관계를 도시하는 도표.
제3도는 굴절율과 춧점사이의 관계를 나타내는 도표.
제4도는 실제로 제작된 광학렌즈의 실시예를 나타내는 도표.
제5도는 본 발명의 엑시머(excimer) 노광장치를 설명하는 실시예의 개념도.
제6도는 합성석영 및 불순물이 혼입된 석영렌즈의 파장과 굴절율과의 관계를 도시하는 도표.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 렌즈 11 : 개별렌즈 그룹
12 : 광속(光束) 13 : 웨이퍼 기판
21 : 엑시머 레이저 광원 22 : 인터그레이터(integrator)
23 : 전반사경 24 : 집광렌즈
25 : 레티클(reticle) 25a : 레티클상의 얼라인먼트 마크
26 : 주된 비임 스플라터 26a : 대향경
27 : 축소투영렌즈 28 : XYZ 스테이지
29 : 웨이퍼 30 : 얼라인먼트 렌즈
31 : 얼라인먼트 비임 스플릿터 32 : 화상처리 및 파장교환용 ITT
33 : CCD 카메라 34 : 얼라인먼트 조명
35 : 얼라인먼트계 XY 구동계 36 : 제어 컴퓨터
본 발명은 투영렌즈 및 그것을 사용한 노광장치에 관한 것이며, 보다 상세히는 반도체소자의 제조에 사용되는 광식각기술에 따른 노광장치에 관한 것이다.
또한, 그것은 보다 특별히, 반도체 소자 제조의 광식각기술에 의한 초미세 공정을 실현시키고자 안출된 엑시머(excimer) 레이저등의 불연속(예를들면 펄스적인) 에너지선을 사용한 노광장치에 관한 것이다.
현재, 반도체소자, 특별히 LSI 및 VLSI의 초미세 가공에 사용되는 광원으로서 초고압 수은 램프를 사용한 축소투영 노광장치(스텝퍼)가 상업적으로 생산된다. 그러나, 종래의 스텝퍼에서는, 초고압 수은 램프의 g-선(43㎚) 또는 i-선(365㎚)이 사용되므로, 해상도는 g-선에서 0.8㎛ 또는 i-선에서 0.6㎛로 제한되었다. 이들 파장에서, 장차 4M 또는 16M 비트 다이나믹 랜덤 억세스 메모리의 제조에 요구되리라고 언급되는 0.5㎛의 해상력을 얻기는 거의 불가능하다.
따라서, 최고, g-선 또는 i-선보다 짧은 파장을 갖는 XeCl(308㎚), KrF(249㎚) 또는 ArF(193㎚)등의 엑시머 레이저를 광원으로 사용하는 노광장치 개발이 고려되고 있다. 그러나, 엑시머 렌즈를 사용한 축소투영 노광장치에 사용되는 투영렌즈는 다음과 같은 문제점을 가진다.
즉, 노광파장이 짧기 때문에, 축소투영렌즈에 사용되는 광학재료 글래스(렌즈 재료)의 재료 선택은 투과율의 관계에 기인하여 제한된다. 예를들면, KrF(249㎚) 또는 ArF(193㎚)의 레이저 파장에서, 재료는 석영(SiO2) 및 형석(CaF2) 두 종류만으로 제한될 수 있다. 따라서 종래에는, 축소투영렌즈를 설계하는데 있어서, 렌즈를 구성하는 글래스 재료의 굴절율과 분산의 경미한 차이를 이용하여 파장수분의 1단위에서 색수차동의 수차를 보정 해야했다. 그러나, 엑시머 레이저 광과 같은 원 자외선에서, 쓰기편리한 재료들이 상기 언급된바처럼 제한되므로, 축소투영렌즈를 설계할때, 필연적으로, 동일한 굴절율 재료의 구면의 곡률반경을 약간 변화시키는 것만이 가능하며, 렌즈는 축소투영렌즈만으로 1m정도 길어진다
그 이외에, CaF는 굴절율이 더 크더라도 SiO2와 비교하여 연성 재료이나, 그것은 가공되기 어려우며, 굴절율의 변동(fluctuation)이 거의 없는 렌즈 재료는 구할 수 없으며, 그것은 실제로 거의 실용성이 없다.
따라서 본 발명의 주된 목적은 단일 석영계 렌즈를 제작할때 굴절율에서 차이가 나는 석영 재료를 사용하여 용이하게 렌즈를 설계하는 방법을 제공하고 또한 투영렌즈의 성능을 강화시키는데 있다.
본 발명의 투영렌즈는 플루오르와 같은 불순물을 함유하는 특정 파장에서 이상 분산에 기인하는 굴절율이 제어된 렌즈 재료와 석영의 둘 이상의 재료로 구성되며, 렌즈 재료로서, 예를들면, 석영을 사용하거나 석영에 불순물을 혼입하고 제어하여 이상 분산 파장을 이동시킨 특정 파장에서 굴절율이 다른 둘 이상의 종류가 사용될 수 있다.
따라서, 사용되는 파장을 특정화하는 반도체용 노광장치에 사용되는 투영렌즈, 예를들면, KrF 엑시머 광(248㎚), XeCl 엑시머 광(308㎚) 또는 ArF 엑시머 광(193㎚)용 투영렌즈를 설계하는데 있어서, 합성석영을 사용하고 합성석영에 플루오르등의 불순물을 혼입하여 굴절율이 제어되는 많은 렌즈 재료가 사용될 수 있으므로, 렌즈설계의 자유도와 색수차 보정등의 성능을 향상시킬 수 있다.
이상에서 설명된 바와같이 본 발명에 따르면, 서로간에 다음과 같은 잇점이 얻어진다.
본 발명에 따르면, 원자외선 영역에 사용될 수 있는 단일 석영계의 고정밀 투영렌즈를 제작할 수 있다.
또한, 본 발명을 사용하여 렌즈를 설계할때, 렌즈 재료 선택의 자유도가 대폭 넓어지므로, 색수차와 같은 렌즈의 정밀도 설계를 향상시키기가 용이하고 설계시간을 대폭 단축시키기에 효과적이다.
더구나, 본 발명의 렌즈는 0.5㎛의 해상도를 요구하는 극초 LSI를 제작하는 노광장치, 특히 KrF 엑시머 광과 같은 원자외선을 사용하는 노광장치에 높은 해상도를 제시하며, 그결과는 반도체 소자 제조기술의 향상에 매우 중요하다. 한편, 엑시머 광원은 KrF로 제한되지 않는다. 반사 축소투영 노광장치에서 동일한 결과가 얻어짐은 또한 명백하다.
본 발명의 새로운 특징은 부가된 청구범위에 기재되었으나, 본 발명은, 구성과 내용 모두에 있어서, 도면에 의해 상세히 설명됨에 따라, 다른 목적 및 그 특징과 함께, 보다 잘 이해되고 진가를 인정받게 될 것이다.
[실시예 1]
먼저, 굴절율에서 차이가 지는 석영을 사용할 수 있는 방법이 다음 원리에 의존한다.
일반적으로, 광학 재료는(렌즈 재료) 제1도에 도시된 바와같이 흡수 스펙트럼의 근방에서 이상 분산을 야기시키며, 주파수가 증가함에 따라, 즉, 파장이 짧은 쪽으로 이동함에 따라, 굴절율은 증가했다 감소하고 다시 증가하여 본래 수준으로 되돌아간다. 한편, 합성석영과 같은 불순물 함량이 극히 적은 렌즈 재료에 임의의 불순물(예를들면, Fe 및 Al등의 금속)을 혼입시키는 것이 매우 용이하며, 이러한 불순물 첨가량을 제어하여, 흡수율과 흡수 스펙트럼을 편이(偏移)시키는 것이 가능하다. 따라서, 투영렌즈에 사용되어질 파동 형태를 특정화시켜서(가령, KrF 엑시머 레이저 광의 248㎚), 불순물을 혼입시켜 제어된 굴절율을 갖는 많은 렌즈 재료들, 즉, 굴절율이 다른 렌즈 재료들은 동일한 석영계의 렌즈 재료로부터 얻어질 수 있다.
예를들면, 제2도에서 광투과율 곡선(c)를 지적하는 합성석영의 굴절율의 파동형 의존도는 굴절율 곡선(a)가 되며, 만일 예로서, 투영렌즈에 사용되는 파장이 KrF 엑시머 광의 248㎚로 결정된다면, 굴절율은 1.508이다. 한편, 광투과율 곡선(d)가 나타내는 수 ppm의 불순물이 첨가된 렌즈 재료(석영에 첨가된 불순물)의 경우에는, 굴절율이 248㎚에서 1.53이다. 즉, 동일 석영계의 렌즈 재료에 있어서도, 248㎚의 빛이 사용된다면, 두 종류는 굴절율 1.508 및 1.53으로 사용될 수 있다. 즉, 렌즈 재료(a), (b)를 사용하여 동일한 곡률로 렌즈가 제작될때, 제3도에서처럼 KrF 레이저 248㎚ 광을 사용하면, 제2도의 렌즈 재료(a)로 된 렌즈(1)의 경우에서는 굴절율이 작으므로, 렌즈로부터 거리 A만큼 떨어진 곳에 촛점이 맞추어지고, 재료(b)로 만들어진 렌즈의 경우에는 굴절율이 (a)보다 크기때문에 거리 B에 맞추어 진다. 따라서, 이들 두 렌즈 재료를 적당히 조합시켜서, 그러한 짧은 파장 영역에서도 색 지움렌즈를 설계하는 것이 가능하다. 비슷하게, 불순물 첨가량을 제어하여 요구되는 것처럼 굴절율이 다른 렌즈 재료들을 사용하여 렌즈를 설계할 때, 원하는 렌즈가 제작될 수 있다.
한편, 이론상, 불순물 첨가량이 보다 증가될때, 극히 큰 굴절율의 석영렌즈 재료가 얻어질 수 있으나, 만일 흡수도가 사용되어지는 파장에서 너무 크다면(예를들면, 불순물이 투과율이 80% 이하 정도의 고농도로 포함된다면) 그것은 렌즈로서 실용성이 없다는 것이 확실하다.
또한, 본 발명의 렌즈는 렌즈 재료의 이상 분산에 의존하는 굴절을 변화를 이용하고, 굴절율이 사용 파동 영역에서 변화하기 때문에 초고압 수은 램프등의 극히 넓은 파동영역을 갖는 광원에서 방출되는 i-선 또는 j-선(약 ±10㎚의 분산으로)용으로 사용될 수 없으며, 또한 그것이 일반적인 코우히어런트 레이저 광 또는 엑시머 레이저 광원(예를들면 KrF, XeCl, ArF)과 같은 파장 분산이 작은(약 ±0.3㎚) 광원에서만 사용될 수 있다는 것이 명백하다.
부언하면, 5가지 굴절율의 렌즈 재료들을 사용한 12개 세트의 원자외선용 축소렌즈 설계의 예를 제4도에 나타내었다.
도면에서, 번호(11)은 본 발명의 방법으로 가공된 렌즈 재료들을 사용한 개별렌즈들을 가리키며, (13)은 웨이퍼(반도체 기판) 표면이다.
제5도에 대해 언급하여, 본 발명의 투영렌즈를 사용한 노광장치의 예를 아래에서 설명한다.
광원계는, KrF(248㎚) 엑시머 레이저 광원(21), 레이저 광원에서 여기되어 방출되는 진동광을 정형시키고 균일화시키는 인터그레이터 (integrator) (22), 광로를 수직으로 편향시키는 대형 전반사경(23), 레티클 (reticle) (25)과 축소렌즈(27)를 조명하기 위한 석영으로 만들어진 집광렌즈(24), 레티클(25), 주된 비임 스플릿터(26) 및 얼라인먼트(alignment)를 위한 대향경 (26A)과 석영으로 만들어진 축소투영렌즈(27)로 구성된다. 결상점위의 XYZ 스테이지 (28)에 설치된 웨이퍼(29)에 전사시키기 위한 축소투영 노장장치의 주광학계와 얼라인먼트렌즈(30), 얼라인먼트 비임 스플릿터(31), 화상처리 및 파장 전환용 ITT(32), 화상처리용 CCD 카메라(33), 및 상기 주된 비임 스플릿터(26)와 노광경로에 거의 수직에 가까운 광축의 광로중에 배치되며 얼라인먼트 비임 스플릿터(31)에 대해 수직인 얼라인먼트 마크를 조명하기 위한 얼라인먼트 광원(34)(예를들면, 커트필터 또는 모노크로마터에 의해 분광되는 초고압 수은 램프 광선 또는 레이저)들은 웨이퍼 위에서 원하는 지점을 조명하기 위하여 XY 구동계(35)를 보유한다. 얼라인먼트 광학계와 웨이퍼(29)가 장치되는 XYZ 스테이지(28)는 화상처리 및 얼라인먼트 신호처리로서 제어 컴퓨터(36)에 의해서 제어되도록 설계된다.
얼라인먼트 광학계는 아래에서 보다 상세히 설명된다. 얼라인먼트 조명계(34)로부터, 예를들면 Xe-Hg 초고압 램프, i-선(365㎚) 또는 j-선(313㎚)의 광(축소투영렌즈(27)와 엑시머 레이저 광원(21)이 248㎚ 의 KrF 엑시머 광일때)은 얼라인먼트 비임 스플릿터(31)에 의해 얼라인먼트렌즈(30)를 경유하여 주광학계의 주된 비임 스플릿터 (26)를 조명하도록 커트 필터를 이용하여 방출된다. 이때, 레티클과 웨이퍼의 얼라인먼트 마크 지점에 의존하여, 상술된 것처럼 얼라인먼트계 XY 구동계(35)에 의해 조명하는 것이 가능하다. 얼라인먼트 조명광은 주된 비임 스플릿터(26)를 경유하여 레티클(25)상의 얼라인먼트 마크(25A)를 조명할 수 있고, 동시에 주된 비임 스플릿터(26)를 경유하여 웨이퍼(29)위의 얼라인먼트 마크와 대향경(26A)을 313 또는 365㎚의 자외선영역의 빛으로 조명할 수 있고, 또 그 반사광은 동시에 주된 비임 스플릿터(26)와 대향경 (26A)을 통해 웨이퍼 (29)위의 얼라인먼트 마크와, 비임 스플릿터 (26)를 통해 얼라인먼트 렌즈(30)까지 레티클(25)위의 얼라인먼트 마크(25A)의 화상을 되돌려 보낸다. 동시에, 노광파장(248㎚) 및 얼라인먼트 파장(가령, 313㎚, 365㎚)에서 색수차가 일어나며, 본 발명에서 사용된 것같은 축소렌즈에 있어서, 통상, 색수차는 완전히 제거될 수 없으며, 따라서 노광 촛점 및 얼라인먼트 촛점은 벗어나게 될 수도 있다. 따라서, 대향경 (26A)의 위치 L을 적당히 조절하여, 레티클상의 얼라인먼트 키이와 노광 파장의 빛으로서 동일지점의 웨이퍼상의 얼라인먼트 키이를 얼라인먼트 광의 광로 길이를 변화시켜 촛점을 맞추는 것이 가능하다.
또한, 웨이퍼(29)와 레티클(25)위의 얼라인먼트 마크의 화상은 각각 축소투영렌즈(27) 및 얼라인먼트렌즈(30)에 의해 확대되며, 따라서 매우 큰 해상도가 얻어질 수 있다. 자외선인 가시화상(시각 또는 비데오처리는 자외선 영역에서 관찰될 수 없다. )을 만드는 파장 교환 및, S/N 비를 향상시키기 위해 화상신호를 증폭시키는 마이크로채널기판(MCP)을 갖는 화상보강기(image intensifier) (ITT) (32)를 사용하여 화상을 처리한다. 이때, 화상 파장을 통상 500㎚ 이상으로 하여, 가시영역의 관찰이 가능하며, 결국 CCD 카메라(33)에 의해 그림 요소(picture elements)의 패턴인식처리가 효율화 된다. 그동안, CCD 카메라의 분해능은 가능한 한 높은 것이 당연히 바람직하나, 그것은 화상 확대 또는 가시광에 그다지 효과적이지 못한다.
부언하면, 화상보강기로서, 광전면에 Cs-Te를 150-320㎚에서 감도를 갖는 V1506(하마마쯔 포토닉스의 모델이름)이 사용될 수 있으며, 또한 마이크로채널 기관으로서 F1217(하마마쯔 포토닉스)등이 유용하다.
상기 실시예에서, 광로파장으로서 KrF의 248㎚를 사용하고, 얼라인먼트 광으로서 313㎚(j-선) 또는 365㎚(i-선)를 사용한 예를 나타내었으나, 얼라인먼트 광으로서 종래의 노광장치에 사용된 것처럼 d-선 또는 e-선을 사용하는 것 또한 가능하다. 얼라인먼트 광으로서 e-선 또는 d-선을 사용할때, 그동안, IIT는 가시 광이기 때문에 필요하지 않으나. 색수차가 i-선 또는 j-선에서보다 더 크므로 대향경 및 주된 비임 스플릿터와의 간격 (L)을 상당히 증대시킬 필요가 있다.
[실시예 2]
또한, 제6도에 나타난 합성석영의 굴절율의 파장의존도는 굴절율 곡선(a)가 되며, 예를들어 투영렌즈에 사용된 파장이 KrF 엑시머 광의 248㎚에서 결정된다면, 굴절율은 1,508이 된다. 한편, 불순물(석영에 혼입된 불순물)로서 플루오르의 4.5% 혼입한 렌즈 재료에 있어서, 굴절율 곡선은 (b)에 의해 나타난 바와 같고, 굴절율은 248㎚에서 1.47이다. 즉, 동일한 석영계의 렌즈 재료에 있어서, 248㎚의 광에서 사용된다면, 두가지 굴절율, 즉 1.508과 1.47이 얻어진다. 비슷하게, 불순물 혼입량을 제어하여, 렌즈가 요구되는 바와 같이 굴절율이 다른 여러개의 렌즈를 사용하여 설계될때, 목적한 렌즈가 제작될 수 있다.
본 발명의 특정 실시예가 여기에 예증되고 기술되었으나 다른 모방 및 변형이 생길 수 있음은 여실하다. 따라서 부가된 청구범위는 본 발명의 진의와 범위내에 속하는 모든 모방 및 변조를 커버하고자 한다.
Claims (8)
- 특정 파장에서 이상 분산에 기인하여 굴절율이 제어된 렌즈 재료의 두가지 종류 이상으로 구성되는 것을 특징으로 하는 투영렌즈.
- 제1항에 있어서, 상기 특정 파장이 원자외광의 영역에 있는 것을 특징으로 하는 투영렌즈.
- 제1항에 있어서, 석영을 사용하거나 석영에 불순물을 제어 혼입하여, 특정 파장에서 굴절율을 변화시켜 이상 분산 파장을 이동시켜서, 두 종류 이상의 렌즈 재료가 사용되는 것을 특징으로 하는 투영렌즈.
- 제2항에 있어서, 상기 원자외광이 KrF 또는 ArF 또는 XeCl 엑시머 광인 것을 특징으로 하는 투영렌즈.
- 제1항에 있어서, 석영을 사용하거나 석영에 플루오르를 제어 혼입하여 특정 파장에서 굴절율이 다르며, 렌즈 재료로서 조합되는 둘 이상의 종류를 특징으로 하는 투영렌즈.
- 제5항에 있어서, 상기 특정 파장이 원자외광이고, KrF 또는 ArF 또는 XeCl 엑시머 광임을 특징으로 하는 투영 렌즈.
- 엑시머 광원, 레티클 스테이지, 특정 파장에서 이상 분산에 의해 굴절율이 제어된 렌즈 재료의 두 종류 이상으로 구성된 축소투영렌즈, XYZ 웨이퍼 스테이지 및 얼라인먼트 광학계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 노광장치.
- 엑시머 광원, 레티클 스테이지, 및 특정 파장에서 굴절율이 제어된 렌즈 재료의 두 종류 이상으로 구성되는 것을 특징으로 하는 축소투영 노광장치.
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61164060A JPH081490B2 (ja) | 1986-07-11 | 1986-07-11 | 投影レンズおよびそれを用いた露光装置 |
| JP164060 | 1986-07-11 | ||
| JP74617 | 1987-03-27 | ||
| JP62074617A JP2685179B2 (ja) | 1987-03-27 | 1987-03-27 | 露光装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR880002257A KR880002257A (ko) | 1988-04-30 |
| KR900005741B1 true KR900005741B1 (ko) | 1990-08-09 |
Family
ID=26415783
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1019870007463A KR900005741B1 (ko) | 1986-07-11 | 1987-07-11 | 투영렌즈 및 그것을 사용한 노광장치 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR900005741B1 (ko) |
-
1987
- 1987-07-11 KR KR1019870007463A patent/KR900005741B1/ko not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR880002257A (ko) | 1988-04-30 |
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